JP2007080996A - ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い動作電流密度での駆動における高発光効率を達成し、同時に、動作電圧の大幅な低減を実現し得る構造を有するＧａＮ系半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ＧａＮ系半導体発光素子は、（Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層１３、（Ｂ）活性層１５、及び、（Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８を備え、更に、（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層１３と活性層１５との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層２１、及び、（Ｅ）活性層１５と第２ＧａＮ系化合物半導体層１８との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｐ型ドーパントを含有する超格子構造層２２を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体から成る活性層を備えた発光素子（ＧａＮ系半導体発光素子）においては、活性層の混晶組成や厚さによってバンドギャップエネルギーを制御することにより、紫外から赤外までの広い範囲に亙る発光波長を実現し得る。そして、既に、種々の色を発光するＧａＮ系半導体発光素子が市販されており、画像表示装置や照明装置、検査装置、消毒用光源等、幅広い用途に用いられている。また、青紫色を発光する半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）も開発されており、大容量光ディスクの書込みや読取り用のピックアップとして使用されている。
一般に、ＧａＮ系半導体発光素子は、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、活性層、及び、ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層が基板上に順次積層された構造を有する。
そして、このようなＧａＮ系半導体発光素子において、米国特許第６６３５９０４ Ｂ２には、活性層と第１ＧａＮ系化合物半導体層との間に平坦化層を結晶成長させる技術が開示されており、このような平坦化層を形成することにより大幅な特性の改善を図ることができるとされている。類似の報告では、青紫色を発光する量子井戸構造を有する活性層の下地層として、Ｉｎ組成割合を約０．０４としたＩｎＧａＮ層を形成することで、従来３０〜４０％であったフォトルミネッセンスの効率を７０％まで高めることができたとされている（T. Akasaka, H. Gotoh, T. Saito, and T. Makimoto, Appl. Phys. Lett., vol.85, pp. 3089-3091 (2004) 参照）。
一方、活性層の上方に、ＭｇドープのＡｌＧａＮ層とＭｇドープのＧａＮ層から成り、一様ドーピング若しくは変調ドーピングが行われた超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を形成する技術が周知である。このような超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を形成することで、正孔濃度を増加させる効果があるとされている（例えば、K. Kumakura and N.Kobayashi, Jpn. J. Appl. Phys. vol.38 (1999) pp.L1012 や、P. Kozodoy et al., Appl. Phys. Lett. 75, 2444 (1999)、P. Kozodoy et al., Appl. Phys. Lett. 74, 3681 (1999) 参照）。この技術は、歪に起因したピエゾ効果により２次元的に高濃度の正孔を得る技術であるが、超格子構造の周期を最適化することにより、第２ＧａＮ系化合物半導体層の厚さ方向の伝導に関しても効果（直列抵抗の低減）を得ることができるとされている。
米国特許第６６３５９０４ Ｂ２ T. Akasaka, H. Gotoh, T. Saito, and T. Makimoto, Appl. Phys. Lett., vol.85, pp. 3089-3091 (2004) K. Kumakura and N.Kobayashi, Jpn. J. Appl. Phys. vol.38 (1999) pp.L1012 P. Kozodoy et al., Appl. Phys. Lett. 75, 2444 (1999) P. Kozodoy et al., Appl. Phys. Lett. 74, 3681 (1999) Hulletal., APL. vol76 (2000) p.2271
ＧａＮ系半導体発光素子においては、高い動作電流密度（例えば、５０Ａ／ｃｍ2乃至１００Ａ／ｃｍ2、あるいは、それ以上の高い動作電流密度）での駆動における高発光効率を達成し、同時に、動作電圧の大幅な低減を実現することに対する強い要望がある。しかしながら、上述した米国特許や各種の論文には、このような要望を実現するための具体的な手段、方策に関して、何らの記載も認められない。
従って、本発明の目的は、高い動作電流密度での駆動における高発光効率を達成し、同時に、動作電圧の大幅な低減を実現し得る構造を有するＧａＮ系半導体発光素子、及び、その製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）活性層、及び、
（Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
を備え、更に、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層と活性層との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層、及び、
（Ｅ）活性層と第２ＧａＮ系化合物半導体層との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｐ型ドーパントを含有する超格子構造層、
を備えていることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子は、
（Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、
（Ｂ）活性層、及び、
（Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
を備え、更に、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層と活性層との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層、
を備えており、
第２ＧａＮ系化合物半導体層は超格子構造を有することを特徴とする。
本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子にあっては、活性層と超格子構造層との間に、アンドープＧａＮ系化合物半導体から成る上層スペーサ層が形成されており、この上層スペーサ層の厚さは、１００ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下である構成とすることができる。また、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子にあっても、活性層と第２ＧａＮ系化合物半導体層との間に、アンドープＧａＮ系化合物半導体から成る上層スペーサ層が形成されており、この上層スペーサ層の厚さは、１００ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下である構成とすることができる。
上記の好ましい構成を含む本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子における超格子構造層、あるいは、上記の好ましい構成を含む本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子における第２ＧａＮ系化合物半導体層（これらの層を、便宜上、「超格子構造層等」と総称する）において、超格子構造層の総厚は、５ｎｍ以上、望ましくは１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、第２ＧａＮ系化合物半導体層の総厚は、５ｎｍ以上、望ましくは２０ｎｍ以上、一層望ましくは５０ｎｍ以上であることが、短絡発生の防止、活性層の保護といった観点から好ましい。尚、超格子構造層等の総厚の上限として、０．５μｍ乃至１μｍを例示することができる。超格子構造層等における超格子構造の周期は、２原子層以上、２０ｎｍ以下、望ましくは、２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることが好ましい。更には、超格子構造層等が含有するｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）の濃度は、１×１０18／ｃｍ3乃至４×１０20／ｃｍ3、望ましくは、１×１０19／ｃｍ3乃至２×１０20／ｃｍ3であることが好ましい。尚、超格子構造層等の一部に、周期的にｐ型ドーパントがドーピングされている構成とすることもできる。
また、上記の好ましい構成を含む本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子にあっては、超格子構造層等は、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層の周期的な積層構造から成る構成とすることができる。ここで、超格子構造層等を構成するＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成割合は０．０５以上０．４以下、望ましくは０．０５以上０．３０以下、より望ましくは０．１０以上０．２５以下であることが好ましい。あるいは又、超格子構造層等は、ＩｎＧａＮ層及びＧａＮ層の周期的な積層構造から成る構成とすることができる。ここで、超格子構造層等を構成するＩｎＧａＮ層におけるＩｎ組成割合は、活性層におけるＩｎ組成割合よりも低いことが好ましい。
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子にあっては、超格子構造層等は、活性層に直接正孔を供給する層である。よって、活性層と超格子構造層等との距離が離れると、活性層に直接正孔を供給するといった機能、効果が低減する。従って、超格子構造層等と活性層との間の効果的な距離は、１００ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下である。云い換えれば、超格子構造層等と活性層との間に形成された上層スペーサ層の厚さは、上述したとおり、１００ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下とすることが好ましい。場合によっては、上層スペーサ層を設けずに、活性層上に直接超格子構造層等を形成してもよい。
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子において、下地層は活性層と直接接していてもよいし、あるいは又、活性層と下地層との間には、アンドープＧａＮ系化合物半導体から成る下層スペーサ層が形成されており、この下層スペーサ層の厚さは、５０ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下である構成とすることができる。また、下地層の厚さは、２０ｎｍ以上、望ましくは５０ｎｍ以上であることが好ましい。尚、下地層の厚さの上限として、１μｍを例示することができる。更には、下地層及び活性層はＩｎを含有し、下地層におけるＩｎ組成割合は０．００５以上であり、且つ、活性層におけるＩｎ組成割合よりも低いことが好ましい。また、下地層はｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）を含有し、ｎ型ドーパントの濃度は、１×１０16／ｃｍ3乃至１×１０21／ｃｍ3、望ましくは、２×１０17／ｃｍ3乃至２×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。ここで、下地層は、基本的に単一の組成から成る構成とすることもできるし、徐々に変わる組成を有する構成とすることもできる。また、下地層は発光波長に対して透明であることが好ましい。
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子にあっては、発光波長をλとしたとき、４３０ｎｍ≦λ≦４８０ｎｍである構成（基本的に、青色発光）とすることができるし、あるいは又、５００ｎｍ≦λ≦５５０ｎｍである構成（基本的に、緑色発光）とすることができる。また、動作電流密度を５０Ａ／ｃｍ2以上とすることが好ましく、あるいは又、動作電流密度を１００Ａ／ｃｍ2以上とすることが好ましい。
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子（以下、これらを総称して、単に、本発明のＧａＮ系半導体発光素子と呼ぶ場合がある）において、第２ＧａＮ系化合物半導体層上に、Ｉｎを含有するコンタクト層を形成してもよく、この場合、コンタクト層におけるＩｎ組成割合は、良好なコンタクト抵抗を得るために、０．０５以上、望ましくは、０．１以上、０．２以下であることが好ましく、更には、コンタクト層におけるＩｎ組成割合は、光吸収を抑制するために、活性層におけるＩｎ組成割合よりも低いことが好ましい。コンタクト層には、ｐ型ドーパント（例えばＭｇ）がドーピングされていてもよいし、ドーピングされていなくともよい。
本発明のＧａＮ系半導体発光素子においては、上述したとおり、活性層にはインジウム原子が含まれている形態、より具体的には、ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（但し、ｘ≧０，ｙ＞０，０＜ｘ＋ｙ≦１）とすることができる。また、第１ＧａＮ系化合物半導体層、第２ＧａＮ系化合物半導体層として、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層を挙げることができる。更には、これらの化合物半導体層にホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。また、活性層における井戸層の数は、２以上、好ましくは４以上であること望ましい。
本発明のＧａＮ系半導体発光素子において、ＧａＮ系半導体発光素子の動作電流密度とは、動作電流値を活性層面積（接合領域面積）で除した値である。即ち、市販のＧａＮ系半導体発光素子は、種々のパッケージ形態を有するだけでなく、用途や光量によってＧａＮ系半導体発光素子の大きさも異なる。また、ＧａＮ系半導体発光素子の大きさに応じて標準的な駆動電流（動作電流）が異なる等、特性の電流値依存性を直接比較することは困難である。本発明においては、一般化のために、駆動電流の値それ自体ではなく、このような駆動電流値を活性層面積（接合領域面積）で除した動作電流密度（単位：アンペア／ｃｍ2）で表現する。
一般に、半導体発光素子は、特性測定時の発熱や温度変化によっても発光波長に変化が生じる。従って、本発明においては、ほぼ室温（２５゜Ｃ）での特性を対象とする。ＧａＮ系半導体発光素子自身の発熱が少ない場合には、直流電流での駆動でも問題は生じないが、発熱が大きい場合、パルス電流で駆動する等、ＧａＮ系半導体発光素子自身の温度（接合領域の温度）が室温から大幅に変化しないような測定方法を採用する必要がある。
また、発光波長に関しては、スペクトルにおけるパワーピークの波長を対象とする。人間の視感特性等を考慮したスペクトルや、通常色合いを表現するために用いるドミナント波長（主波長）ではない。更には、測定条件によっては、薄膜干渉等によって活性層から発せられた光が多数回反射することで、見掛け上、周期的な変動をもったスペクトルとして観測される場合があるが、これらの周期的な変動分を取り除いた、活性層で生じた光を反映したスペクトルを対象とする。
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子を製造する方法であり、
基板上に、少なくとも、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、下地層、活性層、ｐ型ドーパントを含有する超格子構造層、及び、ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を、順次、結晶成長させた後、４５０゜Ｃ以上７００゜Ｃ以下、好ましくは、５００゜Ｃ以上６５０゜Ｃ以下の実質的に水素を含まない雰囲気中でアニール処理を行うことを特徴とする。
また、上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法は、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子を製造する方法であり、
基板上に、少なくとも、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、下地層、活性層、及び、ｐ型の導電型を有し、超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を、順次、結晶成長させた後、４５０゜Ｃ以上７００゜Ｃ以下、好ましくは、５００゜Ｃ以上６５０゜Ｃ以下の実質的に水素を含まない雰囲気中でアニール処理を行うことを特徴とする。
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子の製造方法（以下、これらを総称して、本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法と呼ぶ場合がある）においては、アニール処理の雰囲気を酸素ガスを含む雰囲気（例えば、窒素ガスに酸素ガスが０．０１容積％乃至１０容積％含まれた雰囲気）とすることが好ましい。
また、本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法においては、超格子構造層等の結晶成長における最高成長温度をＴMAX（゜Ｃ）、活性層の発光波長をλとしたとき、活性層の熱的な損傷発生を防止するために、ＴMAX＜１３５０−０．７５λ、望ましくは、ＴMAX＜１２５０−０．７５λを満足することが好ましい。
以上に説明した種々の好ましい形態、構成を含む本発明のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、第１ＧａＮ系化合物半導体層、下地層、下層スペーサ層、活性層、上層スペーサ層、超格子構造層、第２ＧａＮ系化合物半導体層等の種々のＧａＮ系化合物半導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）やＭＢＥ法、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、ｎ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。尚、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｉを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｏを挙げることができる。
ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層に接続されたｐ型電極（あるいは、コンタクト層上に形成されたｐ型電極）は、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有していることが好ましく、あるいは又、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料を用いることもできるが、中でも、光を高い効率で反射させることができる銀（Ａｇ）やＡｇ／Ｎｉ、Ａｇ／Ｎｉ／Ｐｔを用いることが好ましい。一方、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層に接続されたｎ型電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。ｎ型電極やｐ型電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて形成することができる。
ｎ型電極やｐ型電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明においてＧａＮ系半導体発光素子の組立品は、フェイスアップ構造を有していてもよいし、フリップチップ構造を有していてもよい。
本発明のＧａＮ系半導体発光素子として、具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）を例示することができる。尚、ＧａＮ系化合物半導体層の積層構造が発光ダイオード構造あるいはレーザ構造を有する限り、その構造、構成にも特に制約は無い。また、本発明のＧａＮ系半導体発光素子の適用分野として、ＧａＮ系半導体発光素子と色変換材料とから成る発光装置、画像表示装置（直視型あるいはプロジェクション型）、面状光源装置（バックライト）、カラー液晶表示装置組立体を含む液晶表示装置組立体だけでなく、自動車、電車、船舶、航空機等の輸送手段における灯具や灯火（例えば、ヘッドライト、テールライト、ハイマウントストップライト、スモールライト、ターンシグナルランプ、フォグライト、室内灯、メーターパネル用ライト、各種のボタンに内蔵された光源、行き先表示灯、非常灯、非常口誘導灯等）、建築物における各種の灯具や灯火（外灯、室内灯、照明具、非常灯、非常口誘導灯等）、街路灯、信号機や看板、機械、装置等における各種の表示灯具、トンネルや地下通路等における照明具や採光部、生物顕微鏡等の各種検査装置における特殊照明、光を用いた殺菌装置、光触媒と組合せた消臭・殺菌装置、写真や半導体リソグラフィーにおける露光装置、光を変調して空間若しくは光ファイバーや導波路を経由して情報を伝達する装置を挙げることができる。
本発明においては、下地層が第１ＧａＮ系化合物半導体層と活性層との間に形成されているので、その上あるいは上方に形成される活性層の結晶性の向上を図ることができ、結果として、例えば、動作電圧の大幅な低下といった、ＧａＮ系半導体発光素子の特性改善を達成することができる。また、本発明においては、活性層と近接あるいは隣接する第２ＧａＮ系化合物半導体層側に超格子構造層を設け、あるいは又、第２ＧａＮ系化合物半導体層を超格子構造とすることで、多くの正孔を活性層に供給することができるので、高動作電流密度における発光効率の低下要因の１つと考えられる活性層における正孔濃度の不足を解消することができるので、高動作電流密度における発光効率の向上を達成することができる。特に、青色発光や緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子において、動作電流密度を３０Ａ／ｃｍ2、更には５０Ａ／ｃｍ2以上、あるいは、１００Ａ／ｃｍ2以上としたとき、より一層大きな効果（高発光効率、及び、動作電圧の大幅な低減）を得ることができる。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、それに先立ち、予備的にＧａＮ系発光ダイオードの特性を調べた。
基板としてサファイアＣ面基板を用い、ＭＯＣＶＤ法にて、図２７に示し、以下に説明するＧａＮ系化合物半導体層を積層したＧａＮ系半導体発光素子（以下、「参考品−１」と呼ぶ）を作製した。尚、この参考品−１（発光ダイオード）の発光波長λは約５２０ｎｍである。
［参考品−１］
（１）サファイアＣ面から成る基板１０
（２）厚さ３０ｎｍのＧａＮ低温バッファ層１１
（３）厚さ１μｍのアンドープＧａＮ層１２
（４）厚さ３μｍであり、Ｓｉドープ（Ｓｉドーピング濃度：５×１０18／ｃｍ3）のＧａＮから成る第１ＧａＮ系化合物半導体層１３
（５）厚さ５ｎｍのアンドープＧａＮ層から成る下層スペーサ層１４
（６）多重量子井戸構造から成る活性層１５（Ｉｎ0.23Ｇａ0.77Ｎから成る厚さ３ｎｍの井戸層と、ＧａＮから成る厚さ１５ｎｍの障壁層とが交互に積層された構造を有し、井戸層は７層、障壁層は６層である）
（７）厚さ１０ｎｍのアンドープＧａＮ層から成る上層スペーサ層１６
（８）厚さ２０ｎｍであり、Ｍｇドープ（Ｍｇドーピング濃度：５×１０19／ｃｍ3）のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１７
（９）厚さ１００ｎｍであり、Ｍｇドープ（Ｍｇドーピング濃度：５×１０19／ｃｍ3）のＧａＮから成る第２ＧａＮ系化合物半導体層１８
また、参考品−１において、第１ＧａＮ系化合物半導体層１３と下層スペーサ層１４との間に、
（４’）厚さ１５０ｎｍであり、Ｓｉドープ（Ｓｉドーピング濃度：５×１０18／ｃｍ3）のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎから成る下地層２１
を形成したＧａＮ系半導体発光素子（以下、「参考品−２」と呼ぶ）を作製した（図２８を参照）。
そして、参考品−１及び参考品−２共、結晶成長後に窒素雰囲気で８００゜Ｃ、１０分のアニール処理を行ってｐ型ドーパントを活性化させた。
尚、図面にあっては、バッファ層１１、アンドープのＧａＮ層１２等の図示を省略している場合がある。
参考品−１及び参考品−２、並びに、後述する実施例１のＧａＮ系半導体発光素子にあっては、評価のために、また、製造工程の簡略のために、リソグラフィ工程及びエッチング工程に基づき、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層１３を部分的に露出させ、Ｍｇドープの第２ＧａＮ系化合物半導体層１８上にＡｇ／Ｎｉから成るｐ型電極２０Ｂを形成し、第１ＧａＮ系化合物半導体層１３の上にＴｉ／Ａｌから成るｎ型電極２０Ａを形成し、これらのｎ型電極２０Ａ及びｐ型電極２０Ｂにプルーブで針立てを行い、駆動電流を供給し、基板１０の裏面から放射される光を検出した。この状態を、図９の概念図を示す。また、ＧａＮ系半導体発光素子１を上から眺めた模式図を図１０の（Ａ）に示し、図１０の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂに沿った模式的な断面図（但し、斜線は省略）を図１０の（Ｂ）に示す。参考品−１、参考品−２、あるいは、後述する実施例のＧａＮ系半導体発光素子にあっては、活性層面積（接合領域面積）を６×１０-4ｃｍ2とした。従って、ＧａＮ系半導体発光素子の動作電流密度とは、動作電流値を活性層面積（接合領域面積）である６×１０-4ｃｍ2で除した値となる。例えば、図１０に示すＧａＮ系半導体発光素子１に２０ｍＡの駆動電流を流した場合の動作電流密度は３３Ａ／ｃｍ2と算出される。また、例えば図１１に示すようなＧａＮ系半導体発光素子１が直列に接続された状態にあっても、動作電流密度は３３Ａ／ｃｍ2と算出される。
参考品−１及び参考品−２の、動作電流密度と発光効率との関係を図２９の（Ａ）に示し、動作電流密度と動作電圧との関係を図２９の（Ｂ）に示す。尚、一般的な市販のＬＥＤにあっては、活性層（接合領域）が３５０μｍ角のＧａＮ系半導体発光素子に対して２０ｍＡ程度の駆動電流を流し、活性層（接合領域）が１ｍｍ角のＧａＮ系半導体発光素子に対して３５０ｍＡ程度の駆動電流を流すので、動作電流密度は約２０Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2である。
図２９の（Ａ）から、一般的なＬＥＤの動作電流密度である約２０Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2の領域にあっては、下地層２１を有する参考品−２の方が、発光効率は高いが、動作電流密度が１００Ａ／ｃｍ2近くになると、参考品−１と参考品−２とでは、発光効率に大きな差は生じない。
一方、図２９の（Ｂ）から、参考品−１と比較して、参考品−２では、動作電圧が大幅に低下している。
以上のとおり、参考品−２のように、下地層２１を設けることで、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層１３からの電子注入効率が増大する結果、比較的低い動作電流密度における高い発光効率と、低い動作電圧とを実現できると考えられる。更に高い動作電流密度（５０Ａ／ｃｍ2乃至１００Ａ／ｃｍ2、あるいは、それ以上の高い動作電流密度）における高い発光効率の向上を図るべく、以下、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の説明を行う。
実施例１は、本発明の第１の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関し、より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に関する。層構成を概念的に図１に示し、模式的な断面図を図２に示すように、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子１の層構成は、参考品−２におけるＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層１７が形成されておらず、その代わりに、超格子構造層２２が形成されている点を除き、参考品−２の層構成と同じ構成、構造を有する。
即ち、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子１は、
（Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層１３、
（Ｂ）活性層１５、及び、
（Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８、
を備え、更に、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層１３と活性層１５との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層２１、及び、
（Ｅ）活性層１５と第２ＧａＮ系化合物半導体層１８との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｐ型ドーパントを含有する超格子構造層２２、
を備えている。
ここで、超格子構造層２２は、厚さ２．４ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、厚さ１．６ｎｍのＧａＮ層とが、それぞれ５層ずつ、周期的に交互に積層された構造を有し、総厚は２０ｎｍであり、超格子構造層２２における超格子構造の周期は４ｎｍであり、超格子構造層２２全体としてのドーピング濃度は５×１０19／ｃｍ3である。ここで、ドーパントはＭｇである。
また、上述したとおり、下地層２１は、厚さが１５０ｎｍであり、Ｓｉドープ（Ｓｉドーピング濃度：５×１０18／ｃｍ3）のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎから成り、活性層におけるＩｎ組成割合（０．２３）よりも低い。ここで、下地層２１は、基本的に単一の組成から成る構成されており、下地層２１は発光波長に対して透明である。
実施例１のＧａＮ系半導体発光素子１にあっては、活性層１５と超格子構造層２２との間には、アンドープＧａＮ系化合物半導体（具体的には、厚さ１０ｎｍのアンドープＧａＮ層）から成る上層スペーサ層１６が形成されている。また、上述したとおり、活性層１５と下地層２１との間には、アンドープＧａＮ系化合物半導体（具体的には、厚さ５ｎｍのアンドープＧａＮ層）から成る下層スペーサ層１４が形成されている。ここで、下層スペーサ層１４は、その上に結晶成長させられる活性層１５の一層の結晶性向上のために設けられており、上層スペーサ層１６は、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８中のドーパント（例えば、Ｍｇ）が活性層１５内に拡散することを防止するために設けられている。
更には、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８上に、必須ではないが、Ｍｇドープの厚さ５ｎｍのＩｎＧａＮから成るコンタクト層１９が形成されている。尚、コンタクト層１９におけるＩｎ組成割合は０．１５であり、Ｍｇドーピング濃度は１×１０20／ｃｍ3である。場合によっては、Ｍｇのドーピングは不要である。
このようなＧａＮ系半導体発光素子１がサブマウント３１に固定され、ＧａＮ系半導体発光素子１は、サブマウント３１に設けられた配線（図示せず）、金線３３Ａを介して外部電極３３Ｂに電気的に接続され、外部電極３３Ｂは駆動回路３６に電気的に接続されている。また、サブマウント３１はリフレクターカップ３４に取り付けられ、リフレクターカップ３４はヒートシンク３５に取り付けられている。更には、ＧａＮ系半導体発光素子１の上方にはプラスチックレンズ３２が配置され、プラスチックレンズ３２とＧａＮ系半導体発光素子１との間には、ＧａＮ系半導体発光素子１から射出される光に対して透明なエポキシ樹脂（屈折率：例えば１．５）、ゲル状材料［例えば、Ｎｙｅ社の商品名ＯＣＫ−４５１（屈折率：１．５１）、商品名ＯＣＫ−４３３（屈折率：１．４６）］、シリコーンゴム、シリコーンオイルコンパウンドといったオイルコンパウンド材料［例えば、東芝シリコーン株式会社の商品名ＴＳＫ５３５３（屈折率：１．４５）］で例示される光透過媒体層（図示せず）が充填されている。
実施例１における駆動回路３６は、図２に示すように、制御部３７と、駆動電流の供給源である駆動電流源３８と、所定のパルス信号を生成するパルス生成回路３９と、ドライバ４０とを備えている。そして、駆動回路３６にあっては、制御部３７の制御下、駆動電流のピーク電流値を駆動電流源３８から出力する。併せて、制御部３７の制御下、ＧａＮ系半導体発光素子１のパルス幅を制御し、しかも、ＧａＮ系半導体発光素子１の動作の１動作周期中におけるパルスの数（パルス密度）を制御するために、パルス生成回路３９からパルス信号を出力する。そして、これらの駆動電流及びパルス信号を受け取ったドライバ４０においては、駆動電流源３８から送出された駆動電流に対して、パルス生成回路３９から送出されたパルス信号に基づいてパルス変調が施され、このパルス駆動電流がＧａＮ系半導体発光素子１に供給される。これによってＧａＮ系半導体発光素子１の発光量の制御が行われる。
一般には、このようなＧａＮ系半導体発光素子の発光量（輝度）の制御は、駆動電流のパルス幅を制御する駆動電流のパルス幅制御に基づき行えばよいし、あるいは又、ＧａＮ系半導体発光素子の動作の１動作周期中におけるパルスの数（パルス密度）を制御する駆動電流のパルス密度制御に基づき行えばよいし、あるいは又、これらの組合せで行えばよい。後述する実施例にあっても、ＧａＮ系半導体発光素子の発光量（輝度）の制御は、同様の方法で行えばよい。また、場合によっては、直流電流により駆動を行い、直流電流値の制御に基づき、ＧａＮ系半導体発光素子の発光量（輝度）の制御を行ってもよい。
実施例１のＧａＮ系半導体発光素子、参考品−１及び参考品−２における動作電流密度と発光効率との関係を図３に示す。図３からも明らかなように、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子は、通常のＬＥＤの動作電流密度である２０Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2であっても、また、５０Ａ／ｃｍ2以上であっても、参考品−１及び参考品−２よりも高い発光効率を示している。尚、図３には示していないが、３００Ａ／ｃｍ2という高い動作電流密度でも、参考品−１及び参考品−２よりも２割程度高い発光効率を示した。特に、動作電流密度が１００Ａ／ｃｍ2を越えるような領域の動作電流密度でも高い発光効率を達成できることは、輝度向上によるアプリケーションの拡大や発光量当たりのコスト低減に大きく役立つ。
図１に示した層構成において、下地層２１の厚さと動作電圧の関係を調べた結果を図４に示す。尚、動作電流密度を５０Ａ／ｃｍ2とした。更には、ＩｎＧａＮから成るアンドープの下地層２１の動作電圧の関係を調べた結果も図４に示す。アンドープの下地層２１の動作電圧を白抜きの四角印で示す。図４から、下地層２１にＳｉをドーピングする方が、ＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）の動作電圧の低下を図ることができる。尚、図４に示したデータにあっては、Ｓｉドーピング濃度は５×１０18／ｃｍ3である。更には、各種の試験の結果、このように動作電圧を低くするためのＳｉドーピング濃度は、１×１０16／ｃｍ3乃至１×１０21／ｃｍ3、望ましくは、２×１０17／ｃｍ3乃至２×１０19／ｃｍ3の範囲にあることが好ましいことが分かった。また、下地層２１の厚さに関しては、２０ｎｍ程度でも低動作電圧化の効果はあるが、望ましくは５０ｎｍ以上であることが分かった。更には、下地層２１は活性層１５に近接していることから、発光波長を吸収しない、即ち、活性層１５におけるＩｎ組成割合よりも低いＩｎ組成割合とする必要がある。
更に、図１に示した層構成において、下層スペーサ層１４の厚さと動作電圧の関係を調べた結果を図５に示す。尚、動作電流密度を５０Ａ／ｃｍ2とした。図５から、下層スペーサ層１４の厚さ、云い換えれば、下地層２１と活性層１５との間の距離が、５０ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下であることが、低い動作電圧を実現する上で好ましいと云える。
一方、超格子構造層２２の厚さが５ｎｍよりも薄いと、超格子構造層２２からの活性層１５への正孔の供給量が不足すると共に、電子に対する障壁の点でも不足となり、ｐ型導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８への電子のオーバーフローが増加することが分かった。例えば、厚さ２．４ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、厚さ１．６ｎｍのＧａＮ層とを１層、積層した構造の超格子構造層２２を有するＧａＮ系半導体発光素子を試作し、その発光効率を測定したところ、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子よりも、２割、減少した。種々の試験から、超格子構造層２２の総厚は、５ｎｍ以上、望ましくは１０ｎｍ以上であることが好ましいことが分かった。
ＭｇがドーピングされたＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とから成る超格子構造層２２に関しては、超格子構造の周期がどのような値であっても、バルクのＭｇがドーピングされたＡｌＧａＮ層よりも高い正孔濃度を実現しており、最低２原子層（ＡｌＧａＮの１原子層及びＧａＮの１原子層）あれば効果があると考えてよい。更には、超格子構造層２２の厚さ方向に電流を流す場合、超格子構造の周期を２０ｎｍ以下の周期とすることが重要である。結晶成長時のガス切り替えの制御性、超格子構造層２２における直列抵抗の低減という観点からは、周期として２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下が好ましい。尚、完全に同一の周期で繰り返される超格子構造に限定されるものではなく、周期や組成が積層中に変化してもピエゾ電界とバンドベンディングという同じ物理現象が生じていれば、同じ効果を得られる。また、ｐ型ドーパントであるＭｇのドーピングは、一様ドーピングに限定されず、変調ドーピングに基づいてもよい。
図１に示した層構成において、超格子構造層２２を構成するＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成割合を変化させて、光出力を測定した結果を図６に示す。尚、動作電流密度を５０Ａ／ｃｍ2とした。図６から、Ａｌ組成割合は０．０５程度もあれば光出力は増加する。更に詳細な実験を行ったところ、超格子構造層２２を構成するＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成割合は、０．０５以上０．４以下、望ましくは０．０５以上０．３０以下、より望ましくは０．１０以上０．２５以下であるとき、青色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードの光出力の向上に有効であることが分かった。
以下、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子１の製造方法の概要を説明する。
［工程−１００］
先ず、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１０として使用し、水素から成るキャリアガス中、基板温度１０５０゜Ｃで１０分間の基板クリーニングを行った後、基板温度を５００゜Ｃまで低下させる。そして、ＭＯＣＶＤ法に基づき、窒素原料であるアンモニアガスを供給しながら、ガリウム原料であるトリメチルガリウム（Trimethygallium, ＴＭＧ）ガスの供給を行い、低温ＧａＮから成る厚さ３０ｎｍのバッファ層１１を基板１０の上に結晶成長させた後、ＴＭＧガスの供給を中断する。
［工程−１１０］
次いで、基板温度を１０２０゜Ｃまで上昇させた後、再び、ＴＭＧガスの供給を開始することで、厚さ１μｍのアンドープのＧａＮ層１２をバッファ層１１上に結晶成長させ、引き続き、シリコン原料であるモノシラン（ＳｉＨ4）ガスの供給を開始することで、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成り、ｎ型の導電型を有する厚さ３μｍの第１ＧａＮ系化合物半導体層１３を、アンドープのＧａＮ層１２上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は、約５×１０18／ｃｍ3である。
［工程−１２０］
その後、ＴＭＧガスとＳｉＨ4ガスの供給を中断し、基板温度を８００゜Ｃまで低下させた後、キャリアガスを水素ガスから窒素ガスに切り替え、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（Triethylgallium, ＴＥＧ）ガス、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（Trimethylindium, ＴＭＩ）ガスを使用し、Ｓｉ原料としてＳｉＨ4ガスを使用し、厚さ１５０ｎｍ、Ｓｉドープ（Ｓｉドーピング濃度：５×１０18／ｃｍ3）のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎから成る下地層２１を結晶成長させる。
［工程−１３０］
その後、一旦、 ＴＥＧガス、ＴＭＩガス、ＳｉＨ4ガスの供給を中断し、基板温度を７５０゜Ｃまで低下させる。そして、ＴＥＧガス及びＴＭＩガスを使用し、バルブ切り替えによりこれらのガスの供給を行うことで、先ず最初に、厚さ５ｎｍアンドープＧａＮ層（下層スペーサ層１４）を結晶成長させ、引き続き、ＩｎＧａＮから成る井戸層、及び、ＧａＮから成る障壁層から構成された多重量子井戸構造を有する活性層１５を形成する。アンドープＧａＮ層（下層スペーサ層１４）の一部は、下地層２１に引き続き結晶成長させてもよいし、この結晶成長中に基板温度を上下させてもよい。尚、井戸層におけるＩｎ組成割合は、例えば、０．２３であり、発光波長λ５１５ｎｍに相当する。井戸層におけるＩｎ組成割合は、所望とする発光波長に基づき決定すればよい。
［工程−１４０］
多重量子井戸構造の形成完了後、引き続き、アンドープの１０ｎｍのＧａＮ層（上層スペーサ層１６）を成長させながら基板温度を８００゜Ｃまで上昇させ、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（Trimethylaluminium, ＴＭＡ）ガス、Ｍｇ原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Biscyclopentadienyl Magnesium, Ｃｐ2Ｍｇ）ガスの供給を開始することで、厚さ２．４ｎｍのＭｇドープ、Ａｌ組成割合０．１５のＡｌＧａＮ（ＡｌＧａＮ：Ｍｇ）層、及び、厚さ１．６ｎｍ、ＭｇドープのＧａＮ層から成り、５周期の超格子構造層２２を結晶成長させる。尚、Ｍｇのドーピング濃度は、約５×１０19／ｃｍ3である。
［工程−１５０］
その後、ＴＥＧガス、ＴＭＡガス、Ｃｐ2Ｍｇガスの供給中断と共に、キャリアガスを窒素から水素に切り替え、８５０゜Ｃまで基板温度を上昇させ、ＴＭＧガスとＣｐ2Ｍｇガスの供給を開始することで、厚さ１００ｎｍのＭｇドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｍｇ）から成る第２ＧａＮ系化合物半導体層１８を超格子構造層２２の上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は、約５×１０19／ｃｍ3である。その後、ＩｎＧａＮから成るコンタクト層１９を結晶成長させ、ＴＭＧガス及びＣｐ2Ｍｇガスの供給中止と共に基板温度を低下させ、基板温度６００゜Ｃでアンモニアガスの供給を中止し、室温まで基板温度を下げて結晶成長を完了させる。
ここで、活性層１５の成長後の基板温度ＴMAXに関しては、発光波長をλｎｍとしたとき、ＴMAX＜１３５０−０．７５λ（゜Ｃ）、好ましくは、ＴMAX＜１２５０−０．７５λ（゜Ｃ）を満足している。このような活性層１５の成長後の基板温度ＴMAXを採用することで、特開２００２−３１９７０２でも述べられているように、活性層１５の熱的な劣化を抑制することができる。
［工程−１６０］
こうして結晶成長を完了した後、基板を窒素ガス雰囲気中でアニール処理を行ってｐ型不純物（ｐ型ドーパント）の活性化を行う。従来の方法では、アニール処理の条件は、８００゜Ｃ、１０分間である。一方、実施例１にあっては、４５０゜Ｃ以上７００゜Ｃ以下の実質的に水素を含まない雰囲気中でアニール処理を行う。具体的には、アニール処理の雰囲気を酸素ガスを１容積％含む窒素ガス雰囲気とし、５５０゜Ｃ、２５分間のアニール処理を行って、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）の活性化を行う。
このように酸素によって低温での活性化を促進することは、Hulletal., APL. vol76 (2000) p.2271 でも実証されている。但し、この文献にあっては、窒素ガスに酸素ガスを１０容積％混入しても、アニール処理温度を７００゜Ｃ以下とすると、ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層が急激に上昇している（この文献における Fig.1 参照）。
図７の（Ａ）にアニール処理温度と動作電圧の関係を示し、図７の（Ｂ）にアニール処理温度と光出力の関係を示す。尚、動作電流密度を５０Ａ／ｃｍ2とした。実施例１においては、アニール処理温度を６５０゜Ｃや５５０゜Ｃとした場合であっても、窒素ガス１００％雰囲気、８００゜Ｃでのアニール処理と遜色ない動作電圧が得られており、これは、超格子構造層２２を形成することによって高いキャリア濃度を実現できることで、アニール処理の温度の低減を図ることができたと考えられる。一方、アニール処理温度を６５０゜Ｃや５５０゜Ｃとした場合にあっては、窒素ガス１００％雰囲気、８００゜Ｃでのアニール処理した場合よりも、光出力が増加している。これは、ＩｎＧａＮ層から成る井戸層への熱的なダメージの抑制、不純物（ｐ型ドーパント）の活性層への拡散の防止によると考えられる。
［工程−１７０］
その後、通常のＬＥＤのウェハプロセス、チップ化工程と同様に、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程、金属蒸着によるｐ型電極、ｎ型電極の形成工程を経て、ダイシングによりチップ化を行い、更に、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、砲弾型や面実装型といった種々の発光ダイオードを作製することができる。
尚、活性層１５を、Ｉｎ0.23Ｇａ0.77Ｎから成る厚さ３ｎｍの井戸層と、ＧａＮから成る厚さ１５ｎｍの障壁層とが交互に積層された構造とし、発光波長λを５１５ｎｍ（緑色）としたが、これに限定するものではなく、例えば、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎから成る厚さ３ｎｍの井戸層と、ＧａＮから成る厚さ１５ｎｍの障壁層とが交互に積層された構造とすれば、発光波長λ４５０ｎｍ（青色）を発光するＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）を得ることができる。以下に説明する実施例２においても同様である。
実施例２は、本発明の第２の態様に係るＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法に関し、より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に関する。層構成を概念的に図８に示すように、実施例２のＧａＮ系半導体発光素子１Ａの層構成は、実施例１における超格子構造層２２が形成されておらず、その代わりに、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａが超格子構造を有する。この点を除き、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の層構成と同じ構成、構造を有する。
即ち、実施例２のＧａＮ系半導体発光素子１Ａは、
（Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層１３、
（Ｂ）活性層１５、及び、
（Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａ、
を備え、更に、
（Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層１３と活性層１５との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層２１、
を備えており、
第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａは超格子構造を有する。
ここで、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａにおける超格子構造は、厚さ２．４ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層と、厚さ１．６ｎｍのＧａＮ層とが、それぞれ３０層ずつ、周期的に交互に積層された構造を有し、総厚は１２０ｎｍであり、超格子構造の周期は４ｎｍであり、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａ全体としてのドーピング濃度は５×１０19／ｃｍ3である。ここで、ドーパントはＭｇである。
その他の層構成であるＧａＮ低温バッファ層１１、アンドープＧａＮ層１２、第１ＧａＮ系化合物半導体層１３、下地層２１、下層スペーサ層１４、活性層１５、上層スペーサ層１６、コンタクト層１９は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子１における層構成と同じであるが故に、詳細な説明は省略する。
実施例２のＧａＮ系半導体発光素子１Ａにあっても、通常のＬＥＤの動作電流密度である２０Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2であっても、また、５０Ａ／ｃｍ2以上であっても、参考品−１及び参考品−２よりも高い発光効率を示すことが分かった。
また、実施例２においても、下地層２１の厚さと動作電圧の関係を調べたが、実施例１と同様に、下地層２１にＳｉをドーピングする方が、ＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）の動作電圧の低下を図ることができ、動作電圧を低くするためのＳｉドーピング濃度は、１×１０16／ｃｍ3乃至１×１０21／ｃｍ3、望ましくは、２×１０17／ｃｍ3乃至２×１０19／ｃｍ3の範囲にあることが好ましいことが分かった。また、下地層２１の厚さに関しては、２０ｎｍ程度でも低動作電圧化の効果はあるが、望ましくは５０ｎｍ以上であることが分かった。更には、下地層２１は活性層１５に近接していることから、発光波長を吸収しない、即ち、活性層１５におけるＩｎ組成割合よりも低いＩｎ組成割合とする必要がある。更に、下層スペーサ層１４の厚さと動作電圧の関係を調べたところ、実施例１と同様に、下層スペーサ層１４の厚さ、云い換えれば、下地層２１と活性層１５との間の距離が、５０ｎｍ以下、望ましくは２０ｎｍ以下であることが、低い動作電圧を実現する上で好ましいことが分かった。
一方、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａの厚さが５ｎｍよりも薄いと、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａからの活性層１５への正孔の供給量が不足すると共に、電子に対する障壁の点でも不足となることが分かった。種々の試験から、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａの総厚は、５ｎｍ以上、望ましくは２０ｎｍ以上、一層望ましくは５０ｎｍ以上であることが好ましいことが分かった。
ＭｇがドーピングされたＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とから成る超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａに関しては、超格子構造の周期がどのような値であっても、バルクのＭｇがドーピングされたＡｌＧａＮ層よりも高い正孔濃度を実現しており、最低２原子層（ＡｌＧａＮの１原子層及びＧａＮの１原子層）あれば効果があると考えてよい。更には、超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａの厚さ方向に電流を流す場合、超格子構造の周期を２０ｎｍ以下の周期とすることが重要である。結晶成長時のガス切り替えの制御性、超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａにおける直列抵抗の低減という観点からは、周期として２ｎｍ以上、１０ｎｍ以下が好ましい。尚、完全に同一の周期で繰り返される超格子構造に限定されるものではなく、周期や組成が積層中に変化してもピエゾ電界とバンドベンディングという同じ物理現象が生じていれば、同じ効果を得られる。また、ｐ型ドーパントであるＭｇのドーピングは、一様ドーピングに限定されず、変調ドーピングに基づいてもよい。
超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａを構成するＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成割合を変化させて、光出力を測定した結果、実施例１と同様に、Ａｌ組成割合は０．０５程度もあれば光出力は増加することが分かり、更に詳細な実験を行ったところ、超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａを構成するＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成割合は、０．０５以上０．４以下、望ましくは０．０５以上０．３０以下、より望ましくは０．１０以上０．２５以下であるとき、青色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードの光出力の向上に有効であることが分かった。
実施例２のＧａＮ系半導体発光素子１Ａも、実質的に、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子１と同様の方法で作製することができる。即ち、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１３０］と同様の工程を実行し、更に、実施例１の［工程−１４０］と同様の工程において、上層スペーサ層１６を成長させながら基板温度を８００゜Ｃまで上昇させ、次いで、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（Trimethylaluminium, ＴＭＡ）ガス、Ｍｇ原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Biscyclopentadienyl Magnesium, Ｃｐ2Ｍｇ）ガスの供給を開始することで、厚さ２．４ｎｍのＭｇドープ、Ａｌ組成割合０．１５のＡｌＧａＮ（ＡｌＧａＮ：Ｍｇ）層、及び、厚さ１．６ｎｍのＧａＮ層から成り、３０周期の超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１８Ａを結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は、約５×１０19／ｃｍ3である。その後、実施例１の［工程−１５０］と同様の工程において、第２ＧａＮ系化合物半導体層１８ＡにＩｎＧａＮから成るコンタクト層１９を結晶成長させ、更に、実施例１の［工程−１６０］〜［工程−１７０］と同様の工程を実行することで、発光ダイオードを作製することができる。
以下、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１，１Ａを、発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体に適用した例を、説明する。尚、以下の説明においては、ＧａＮ系半導体発光素子１，１Ａを、便宜上、ＧａＮ系半導体発光素子１と表現する。
実施例３は、発光装置に関する。この実施例３の発光装置は、ＧａＮ系半導体発光素子と、このＧａＮ系半導体発光素子からの射出光が入射し、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光の有する波長と異なる波長を有する光を射出する色変換材料とから成る。実施例３の発光装置の構造それ自体は、従来の発光装置と同じ構造を有し、色変換材料は、例えば、ＧａＮ系半導体発光素子の光射出部上に塗布されている。ここで、ＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）の基本的な構成、構造は、実施例１あるいは実施例２において説明したと同じである。
ここで、実施例３の発光装置にあっては、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光として、可視光、紫外線、可視光と紫外線の組合せを挙げることができる。
実施例３の発光装置にあっては、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光は青色であり、色変換材料からの射出光は、黄色、緑色、及び、赤色から成る群から選択された少なくとも１種類の光である構成とすることができる。あるいは又、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光と、色変換材料からの射出光（例えば、黄色；赤色及び緑色；黄色及び赤色；緑色、黄色及び赤色）とが混色されて、白色を射出する構成とすることができるが、これに限定するものではなく、可変色照明やディスプレイ応用も可能である。
ここで、ＧａＮ系半導体発光素子からの青色の射出光によって励起され、赤色を射出する色変換材料として、具体的には、赤色発光蛍光体粒子、より具体的には、（ＭＥ：Ｅｕ）Ｓ［但し、「ＭＥ」は、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから成る群から選択された少なくとも１種類の原子を意味し、以下においても同様である］、（Ｍ：Ｓｍ）x（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16［但し、「Ｍ」は、Ｌｉ、Ｍｇ及びＣａから成る群から選択された少なくとも１種類の原子を意味し、以下においても同様である］、ＭＥ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、（Ｃａ：Ｅｕ）ＳｉＮ2、（Ｃａ：Ｅｕ）ＡｌＳｉＮ3を挙げることができる。また、ＧａＮ系半導体発光素子からの青色の射出光によって励起され、緑色を射出する色変換材料として、具体的には、緑色発光蛍光体粒子、より具体的には、（ＭＥ：Ｅｕ）Ｇａ2Ｓ4、（Ｍ：ＲＥ）x（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16［但し、「ＲＥ」は、Ｔｂ及びＹｂを意味する］、（Ｍ：Ｔｂ）x（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16、（Ｍ：Ｙｂ）x（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16、Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Z：Ｅｕを挙げることができる。更には、ＧａＮ系半導体発光素子からの青色の射出光によって励起され、黄色を射出する色変換材料として、具体的には、黄色発光蛍光体粒子、より具体的には、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体粒子を挙げることができる。尚、色変換材料は、１種類であってもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。更には、色変換材料を２種類以上を混合して用いることで、黄色、緑色、赤色以外の色の射出光が色変換材料混合品から射出される構成とすることもできる。具体的には、例えば、シアン色を発光する構成としてもよく、この場合には、緑色発光蛍光体粒子（例えば、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：ＣＥ，Ｔｂ，Ｍｎ）と青色発光蛍光体粒子（例えば、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ）とを混合したものを用いればよい。
あるいは又、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、赤色を射出する色変換材料として、具体的には、赤色発光蛍光体粒子、より具体的には、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ2・Ｇｅ2：Ｍｎ、ＣａＳｉＯ3：Ｐｂ，Ｍｎ、Ｍｇ6ＡｓＯ11：Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｍｇ）3（ＰＯ4）3：Ｓｎ、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕを挙げることができる。また、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、緑色を射出する色変換材料として、具体的には、緑色発光蛍光体粒子、より具体的には、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：ＣＥ，Ｔｂ，Ｍｎ、Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Z：Ｅｕを挙げることができる。更には、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、青色を射出する色変換材料として、具体的には、青色発光蛍光体粒子、より具体的には、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂを挙げることができる。更には、ＧａＮ系半導体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、黄色を射出する色変換材料として、具体的には、黄色発光蛍光体粒子、より具体的には、ＹＡＧ系蛍光体粒子を挙げることができる。尚、色変換材料は、１種類であってもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。更には、色変換材料を２種類以上を混合して用いることで、黄色、緑色、赤色以外の色の射出光が色変換材料混合品から射出される構成とすることもできる。具体的には、シアン色を発光する構成としてもよく、この場合には、上記の緑色発光蛍光体粒子と青色発光蛍光体粒子を混合したものを用いればよい。
但し、色変換材料は、蛍光粒子に限定されず、例えば、ナノメートルサイズのＣｄＳｅ／ＺｎＳやナノメートルサイズのシリコンといった量子効果を用いた多色・高効率の発光粒子を挙げることもできるし、半導体材料に添加された希土類原子は殻内遷移により鋭く発光することが知られており、このような技術を適用した発光粒子を挙げることもできる。
実施例４は、画像表示装置に関する。実施例４の画像表示装置は、画像を表示するためのＧａＮ系半導体発光素子を備えた画像表示装置であって、このＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）の基本的な構成、構造は、実施例１あるいは実施例２において説明したと同じである。
ここで、実施例４の画像表示装置として、例えば、以下に説明する構成、構造の画像表示装置を挙げることができる。尚、特に断りの無い限り、画像表示装置あるいは発光素子パネルを構成するＧａＮ系半導体発光素子の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき、決定すればよい。また、画像表示装置に要求される仕様に基づき、ライト・バルブを更に備えている構成とすることができる。
［１］第１Ａの態様に係る画像表示装置
（α）ＧａＮ系半導体発光素子１が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０、
を備えており、
ＧａＮ系半導体発光素子１のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで、ＧａＮ系半導体発光素子１の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置。
このようなパッシブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置を構成する発光素子パネル６０を含む回路図を図１２の（Ａ）に示し、ＧａＮ系半導体発光素子１が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネルの模式的な断面図を図１２の（Ｂ）に示すが、各ＧａＮ系半導体発光素子１の一方の電極（ｐ型電極あるいはｎ型電極）はコラム・ドライバ５１に接続され、各ＧａＮ系半導体発光素子１の他方の電極（ｎ型電極あるいはｐ型電極）はロウ・ドライバ５２に接続されている。各ＧａＮ系半導体発光素子１の発光／非発光状態の制御は、例えばロウ・ドライバ５２によって行われ、コラム・ドライバ５１から各ＧａＮ系半導体発光素子１を駆動するための駆動電流が供給される。コラム・ドライバ５１の機能の１つは、実施例１における駆動回路３６の有する機能と同じである。各ＧａＮ系半導体発光素子１の選択、駆動、それ自体は周知の方法とすることができるので、詳細な説明は省略する。
発光素子パネル６０は、例えば、プリント配線板から成る支持体６１、支持体６１に取り付けられたＧａＮ系半導体発光素子１、支持体６１上に形成され、ＧａＮ系半導体発光素子１の一方の電極（ｐ型電極あるいはｎ型電極）に電気的に接続され、且つ、コラム・ドライバ５１あるいはロウ・ドライバ５２に接続されたＸ方向配線６２、ＧａＮ系半導体発光素子１の他方の電極（ｎ型電極あるいはｐ型電極）に電気的に接続され、且つ、ロウ・ドライバ５２あるいはコラム・ドライバ５１に接続されたＹ方向配線６３、ＧａＮ系半導体発光素子１を覆う透明基材６４、及び、透明基材６４上に設けられたマイクロレンズ６５から構成されている。但し、発光素子パネル６０は、このような構成に限定されるものではない。
［２］第１Ａの態様に係る画像表示装置
（α）ＧａＮ系半導体発光素子１が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル、
を備えており、
ＧａＮ系半導体発光素子１のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで、ＧａＮ系半導体発光素子１の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、アクティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置。
このようなアクティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図を図１３に示すが、各ＧａＮ系半導体発光素子１の一方の電極（ｐ型電極あるいはｎ型電極）はドライバ５５に接続され、ドライバ５５は、コラム・ドライバ５３及びロウ・ドライバ５４に接続されている。また、各ＧａＮ系半導体発光素子１の他方の電極（ｎ型電極あるいはｐ型電極）は接地線に接続されている。各ＧａＮ系半導体発光素子１の発光／非発光状態の制御は、例えばロウ・ドライバ５４によるドライバ５５の選択によって行われ、コラム・ドライバ５３から各ＧａＮ系半導体発光素子１を駆動するための輝度信号がドライバ５５に供給される。図示しない電源から所定の電圧がそれぞれのドライバ５５に別途供給され、ドライバ５５は輝度信号に応じた駆動電流（ＰＤＭ制御やＰＷＭ制御に基づく）をＧａＮ系半導体発光素子１に供給する。コラム・ドライバ５３の機能の１つは、実施例１における駆動回路３６の有する機能と同じである。各ＧａＮ系半導体発光素子１の選択、駆動、それ自体は周知の方法とすることができるので、詳細な説明は省略する。
［３］第１Ｂの態様に係る画像表示装置
（α）ＧａＮ系半導体発光素子１が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０、
を備えており、
ＧａＮ系半導体発光素子１のそれぞれの発光／非発光状態を制御し、スクリーンに投影することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのプロジェクション型の画像表示装置。
このようなパッシブマトリックスタイプの画像表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図は、図１２の（Ａ）に示したと同様であるし、アクティブマトリックスタイプの画像表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図は、図１３に示したと同様であるので、詳細な説明は省略する。また、ＧａＮ系半導体発光素子１が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０等の概念図を図１４に示すが、発光素子パネル６０から射出された光は投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パネル６０の構成、構造は、図１２の（Ｂ）を参照して説明した発光素子パネル６０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
［４］第１Ｃの態様に係る画像表示装置
（α）赤色を発光する半導体発光素子（例えばＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子）１Ｒが２次元マトリクス状に配列された赤色発光素子パネル６０Ｒ、
（β）緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｇが２次元マトリクス状に配列された緑色発光素子パネル６０Ｇ、及び、
（γ）青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｂが２次元マトリクス状に配列された青色発光素子パネル６０Ｂ、並びに、
（δ）赤色発光素子パネル６０Ｒ、緑色発光素子パネル６０Ｇ及び青色発光素子パネル６０Ｂから射出された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６７）、
を備えており、
赤色発光半導体発光素子１Ｒ、緑色発光ＧａＮ系半導体発光素子１Ｇ及び青色発光ＧａＮ系半導体発光素子１Ｂのそれぞれの発光／非発光状態を制御するカラー表示の直視型あるいはプロジェクション型画像表示装置。
このようなパッシブマトリックスタイプの画像表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図は、図１２の（Ａ）に示したと同様であるし、アクティブマトリックスタイプの画像表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図は、図１３に示したと同様であるので、詳細な説明は省略する。また、ＧａＮ系半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ等の概念図を図１５に示すが、発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂから射出された光は、ダイクロイック・プリズム６７に入射し、これらの光の光路は１本の光路に纏められ、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂの構成、構造は、図１２の（Ｂ）を参照して説明した発光素子パネル６０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
尚、このような画像表示装置にあっては、発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂを構成する半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、発光素子パネル６０Ｒを構成する半導体発光素子１ＲをＡｌＩｎＧａＰ系の化合物半導体発光ダイオードから構成し、発光素子パネル６０Ｇ，６０Ｂを構成する半導体発光素子１Ｇ，１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることもできる。
［５］第１Ｄの態様に係る画像表示装置
（α）ＧａＮ系半導体発光素子１０１、及び、
（β）ＧａＮ系半導体発光素子１０１から射出された射出光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置、
を備えており、
光通過制御装置である液晶表示装置６８によってＧａＮ系半導体発光素子１０１から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する直視型あるいはプロジェクション型画像表示装置。
ここで、ライト・バルブである光通過制御装置として、高温ポリシリコンタイプの薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置６８、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を例示することができる。
尚、ＧａＮ系半導体発光素子の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき、決定すればよく、１又は複数とすることができる。画像表示装置の概念図を図１６に示す例においては、ＧａＮ系半導体発光素子１０１の数は１つであり、ＧａＮ系半導体発光素子１０１はヒートシンク１０２に取り付けられている。ＧａＮ系半導体発光素子１０１から射出された光は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂といった透光性物質による導光部材やミラー等の反射体から成る光案内部材６９によって案内され、液晶表示装置６８に入射する。液晶表示装置６８から射出された光は、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。ＧａＮ系半導体発光素子１０１は、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることができる。
また、赤色を発光する半導体発光素子（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子）１０１Ｒ、及び、赤色を発光する半導体発光素子１０１Ｒから射出された射出光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８Ｒといったライト・バルブ）、緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１０１Ｇ、及び、緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１０１Ｇから射出された射出光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８Ｇといったライト・バルブ）、青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１０１Ｂ、及び、青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１０１Ｂから射出された射出光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８Ｂといったライト・バルブ）、並びに、これらのＧａＮ系半導体発光素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから射出された光を案内する光案内部材６９Ｒ，６９Ｇ，６９Ｂ、及び、１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６７）を備えた画像表示装置とすれば、カラー表示の直視型あるいはプロジェクション型画像表示装置を得ることができる。尚、図１７に概念図を示す例は、カラー表示のプロジェクション型画像表示装置である。
尚、このような画像表示装置にあっては、半導体発光素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、半導体発光素子１０１ＲをＡｌＩｎＧａＰ系の化合物半導体発光ダイオードから構成し、半導体発光素子１０１Ｇ，１０１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることもできる。
［６］第１Ｅの態様に係る画像表示装置
（α）ＧａＮ系半導体発光素子が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０、及び、
（β）ＧａＮ系半導体発光素子１から射出された射出光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８といったライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８）によってＧａＮ系半導体発光素子１から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する直視型あるいはプロジェクション型画像表示装置。
発光素子パネル６０等の概念図を図１８に示すが、発光素子パネル６０の構成、構造は、図１２の（Ｂ）を参照して説明した発光素子パネル６０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、発光素子パネル６０から射出された光の通過／非通過、明るさは、液晶表示装置６８の作動によって制御されるので、発光素子パネル６０を構成するＧａＮ系半導体発光素子１は、常時、点灯されていてもよいし、適切な周期で点灯／非点灯を繰り返してもよい。そして、発光素子パネル６０から射出された光は液晶表示装置６８に入射し、液晶表示装置６８から射出された光は、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。
［７］第１Ｆの態様に係る画像表示装置
（α）赤色を発光する半導体発光素子（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子）１Ｒが２次元マトリクス状に配列された赤色発光素子パネル６０Ｒ、及び、赤色発光素子パネル６０Ｒから射出された射出光の通過／非通過を制御するための赤色光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８Ｒといったライト・バルブ）、
（β）緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｇが２次元マトリクス状に配列された緑色発光素子パネル６０Ｇ、緑色発光素子パネル６０Ｇから射出された射出光の通過／非通過を制御するための緑色光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８Ｇといったライト・バルブ）、
（γ）青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｂが２次元マトリクス状に配列された青色発光素子パネル６０Ｂ、及び、青色発光素子パネル６０Ｂから射出された射出光の通過／非通過を制御するための青色光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８Ｂといったライト・バルブ）、並びに、
（δ）赤色光通過制御装置６８Ｒ、緑色光通過制御装置６８Ｇ及び青色光通過制御装置６８Ｂを通過した光を１つの光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６７）、
を備えており、
光通過制御装置６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂによってこれらの発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂから射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示するカラー表示の直視型あるいはプロジェクション型画像表示装置。
ＧａＮ系半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ等の概念図を図１９に示すが、発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂから射出された光は、光通過制御装置６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂによって通過／非通過が制御され、ダイクロイック・プリズム６７に入射し、これらの光の光路は１本の光路に纏められ、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂの構成、構造は、図１２の（Ｂ）を参照して説明した発光素子パネル６０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
尚、このような画像表示装置にあっては、発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂを構成する半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、発光素子パネル６０Ｒを構成する半導体発光素子１ＲをＡｌＩｎＧａＰ系の化合物半導体発光ダイオードから構成し、発光素子パネル６０Ｇ，６０Ｂを構成する半導体発光素子１Ｇ，１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることもできる。
［８］第１Ｇの態様に係る画像表示装置
（α）赤色を発光する半導体発光素子（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子）１Ｒ、
（β）緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｇ、及び、
（γ）青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｂ、並びに、
（δ）赤色発光半導体発光素子１Ｒ、緑色発光ＧａＮ系半導体発光素子１Ｇ及び青色発光ＧａＮ系半導体発光素子１Ｂのそれぞれから射出された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６７）、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段（ダイクロイック・プリズム６７）から射出された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８といったライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置６８によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像表示装置（直視型あるいはプロジェクション型）。
半導体発光素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ等の概念図を図２０に示すが、半導体発光素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから射出された光は、ダイクロイック・プリズム６７に入射し、これらの光の光路は１本の光路に纏められ、ダイクロイック・プリズム６７から射出したこれらの光は光通過制御装置６８によって通過／非通過が制御され、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。このような画像表示装置にあっては、半導体発光素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、半導体発光素子１０１ＲをＡｌＩｎＧａＰ系の化合物半導体発光ダイオードから構成し、半導体発光素子１０１Ｇ，１０１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることもできる。
［９］第１Ｈの態様に係る画像表示装置
（α）赤色を発光する半導体発光素子（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子）１Ｒが２次元マトリクス状に配列された赤色発光素子パネル６０Ｒ、
（β）緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｇが２次元マトリクス状に配列された緑色発光素子パネル６０Ｇ、及び、
（γ）青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子１Ｂが２次元マトリクス状に配列された青色発光素子パネル６０Ｂ、並びに、
（δ）赤色発光素子パネル６０Ｒ、緑色発光素子パネル６０Ｇ及び青色発光素子パネル６０Ｂのそれぞれから射出された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６７）、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段（ダイクロイック・プリズム６７）から射出された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６８といったライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置６８によってこれらの発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂから射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像表示装置（直視型あるいはプロジェクション型）。
ＧａＮ系半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが２次元マトリクス状に配列された発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ等の概念図を図２１に示すが、発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂから射出された光は、ダイクロイック・プリズム６７に入射し、これらの光の光路は１本の光路に纏められ、ダイクロイック・プリズム６７から射出したこれらの光は光通過制御装置６８によって通過／非通過が制御され、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズ６６を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂの構成、構造は、図１２の（Ｂ）を参照して説明した発光素子パネル６０の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
尚、このような画像表示装置にあっては、発光素子パネル６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂを構成する半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、発光素子パネル６０Ｒを構成する半導体発光素子１ＲをＡｌＩｎＧａＰ系の化合物半導体発光ダイオードから構成し、発光素子パネル６０Ｇ，６０Ｂを構成する半導体発光素子１Ｇ，１Ｂを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすることもできる。
実施例５も、画像表示装置に関する。実施例５の画像表示装置は、青色を発光する第１発光素子、緑色を発光する第２発光素子、及び、赤色を発光する第３発光素子から構成された、カラー画像を表示するための発光素子ユニットＵＮが、２次元マトリクス状に配列されて成る画像表示装置であって、
第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子の内の少なくとも１つの発光素子を構成するＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）の基本的な構成、構造は、実施例１あるいは実施例２において説明したと同じである。
尚、このような画像表示装置にあっては、第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のいずれかを、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子１とすればよく、場合によっては、例えば、赤色を発光する発光素子をＡｌＩｎＧａＰ系の化合物半導体発光ダイオードから構成してもよい。
ここで、実施例５の画像表示装置として、例えば、以下に説明する構成、構造の画像表示装置を挙げることができる。尚、発光素子ユニットＵＮの数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき、決定すればよい。また、画像表示装置に要求される仕様に基づき、ライト・バルブを更に備えている構成とすることができる。
［１］第２Ａの態様に係る画像表示装置及び第２Ｂの態様に係る画像表示装置
第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで、各発光素子の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプの直視型のカラー表示の画像表示装置、及び、第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御し、スクリーンに投影することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのプロジェクション型のカラー表示の画像表示装置。
例えば、このようなアクティブマトリックスタイプの直視型のカラー表示の画像表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図を図２２に示すが、各ＧａＮ系半導体発光素子１（図２２においては、赤色を発光する半導体発光素子を「Ｒ」で示し、緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子を「Ｇ」で示し、青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子を「Ｂ」で示す）の一方の電極（ｐ型電極あるいはｎ型電極）はドライバ５５に接続され、ドライバ５５は、コラム・ドライバ５３及びロウ・ドライバ５４に接続されている。また、各ＧａＮ系半導体発光素子１の他方の電極（ｎ型電極あるいはｐ型電極）は接地線に接続されている。各ＧａＮ系半導体発光素子１の発光／非発光状態の制御は、例えばロウ・ドライバ５４によるドライバ５５の選択によって行われ、コラム・ドライバ５３から各ＧａＮ系半導体発光素子１を駆動するための輝度信号がドライバ５５に供給される。図示しない電源から所定の電圧がそれぞれのドライバ５５に別途供給され、ドライバ５５は輝度信号に応じた駆動電流（ＰＤＭ制御やＰＷＭ制御に基づく）をＧａＮ系半導体発光素子１に供給する。コラム・ドライバ５３の機能の１つは、実施例１における駆動回路３６の有する機能と同じである。赤色を発光する半導体発光素子Ｒ、緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子Ｇ、青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子Ｂの選択は、ドライバ５５によって行われ、これらの赤色を発光する半導体発光素子Ｒ、緑色を発光するＧａＮ系半導体発光素子Ｇ、青色を発光するＧａＮ系半導体発光素子Ｂのそれぞれの発光／非発光状態は時分割制御されてもよく、あるいは又、同時に発光されてもよい。各ＧａＮ系半導体発光素子１の選択、駆動、それ自体は周知の方法とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズを経由して、スクリーンに投影される。
［２］第２Ｃの態様に係る画像表示装置
２次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの射出光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（例えば、液晶表示装置といったライト・バルブ）を備えており、発光素子ユニットにおける第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の直視型あるいはプロジェクション型画像表示装置。
尚、このような画像表示装置の概念図は図１４に示したと同様である。そして、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクション型画像表示装置にあっては、投影レンズを経由して、スクリーンに投影される。
実施例６は、面状光源装置及び液晶表示装置組立体（具体的には、カラー液晶表示装置組立体）に関する。実施例６の面状光源装置は、透過型あるいは半透過型のカラー液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置である。また、実施例６のカラー液晶表示装置組立体は、透過型あるいは半透過型のカラー液晶表示装置、及び、このカラー液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置を備えたカラー液晶表示装置組立体である。
そして、面状光源装置に備えられた光源としてのＧａＮ系半導体発光素子（発光ダイオード）の基本的な構成、構造は、実施例１あるいは実施例２において説明したと同じである。
実施例６の面状光源装置における発光素子の配置、配列状態を図２３の（Ａ）に模式的に示し、面状光源装置及びカラー液晶表示装置組立体の模式的な一部断面図を図２３の（Ｂ）に示し、カラー液晶表示装置の模式的な一部断面図を図２４に示す。
実施例６のカラー液晶表示装置組立体２００は、より具体的には、
（ａ）透明第１電極２２４を備えたフロント・パネル２２０、
（ｂ）透明第２電極２３４を備えたリア・パネル２３０、及び、
（ｃ）フロント・パネル２２０とリア・パネル２３０との間に配された液晶材料２２７、
から成る透過型のカラー液晶表示装置２１０、並びに、
（ｄ）光源としての半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを有する面状光源装置（直下型のバックライト）２４０、
を備えている。ここで、面状光源装置（直下型のバックライト）２４０は、リア・パネル２３０に対向（対面）して配置され、カラー液晶表示装置２１０をリア・パネル側から照射する。
直下型の面状光源装置２４０は、外側フレーム２４３と内側フレーム２４４とを備えた筐体２４１から構成されている。そして、透過型のカラー液晶表示装置２１０の端部は、外側フレーム２４３と内側フレーム２４４とによって、スペーサ２４５Ａ，２４５Ｂを介して挟み込まれるように保持されている。また、外側フレーム２４３と内側フレーム２４４との間には、ガイド部材２４６が配置されており、外側フレーム２４３と内側フレーム２４４とによって挟み込まれたカラー液晶表示装置２１０がずれない構造となっている。筐体２４１の内部であって上部には、拡散板２５１が、スペーサ２４５Ｃ、ブラケット部材２４７を介して、内側フレーム２４４に取り付けられている。また、拡散板２５１の上には、拡散シート２５２、プリズムシート２５３、偏光変換シート２５４といった光学機能シート群が積層されている。
筐体２４１の内部であって下部には、反射シート２５５が備えられている。ここで、この反射シート２５５は、その反射面が拡散板２５１と対向するように配置され、筐体２４１の底面２４２Ａに図示しない取付け用部材を介して取り付けられている。反射シート２５５は、例えば、シート基材上に、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜を順に積層された構造を有する銀増反射膜から構成することができる。反射シート２５５は、赤色（例えば、波長６４０ｎｍ）を発光する複数のＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子１Ｒ、緑色（例えば、波長５３０ｎｍ）を発光する複数のＧａＮ系半導体発光素子１Ｇ、青色（例えば、波長４５０ｎｍ）を発光する複数のＧａＮ系半導体発光素子１Ｂから射出された光や、筐体２４１の側面２４２Ｂによって反射された光を反射する。こうして、複数の半導体発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから射出された赤色、緑色及び青色が混色され、色純度の高い白色光を照明光として得ることができる。この照明光は、拡散板２５１、拡散シート２５２、プリズムシート２５３、偏光変換シート２５４といった光学機能シート群を通過し、カラー液晶表示装置２１０を背面から照射する。
発光素子の数は本質的に任意であり、面状光源装置に要求される仕様に基づき決定すればよい。また、発光素子の配列状態は、例えば、赤色発光のＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子１Ｒ、緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子１Ｇ及び青色発光のＧａＮ系半導体発光素子１Ｂを１組とした発光素子列を水平方向に複数、連ねて発光素子列アレイを形成し、この発光素子列アレイを垂直方向に複数本、並べる配列とすることができる。尚、発光素子列として、（１つの赤色発光の半導体発光素子，１つの緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子，１つの青色発光のＧａＮ系半導体発光素子）、（１つの赤色発光の半導体発光素子，２つの緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子，１つの青色発光のＧａＮ系半導体発光素子）、（２つの赤色発光の半導体発光素子，２つの緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子，１つの青色発光のＧａＮ系半導体発光素子）等の複数個の組合せを挙げることができる。尚、赤色、緑色、青色以外の第４番目の色を発光する発光素子を更に備えていてもよい。また、ＧａＮ系半導体発光素子には、例えば、日経エレクトロニクス ２００４年１２月２０日第８８９号の第１２８ページに掲載されたような光取出しレンズが取り付けられていてもよい。
図２４に示すように、カラー液晶表示装置２１０を構成するフロント・パネル２２０は、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第１の基板２２１と、第１の基板２２１の外面に設けられた偏光フィルム２２６とから構成されている。第１の基板２２１の内面には、アクリル樹脂やエポキシ樹脂から成るオーバーコート層２２３によって被覆されたカラーフィルター２２２が設けられ、オーバーコート層２２３上には、透明第１電極（共通電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）２２４が形成され、透明第１電極２２４上には配向膜２２５が形成されている。カラーフィルター２２２の配置パターンとして、デルタ配列、ストライプ配列、ダイアゴナル配列、レクタングル配列を挙げることができる。一方、リア・パネル２３０は、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第２の基板２３１と、第２の基板２３１の内面に形成されたスイッチング素子（具体的には、薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）２３２と、スイッチング素子２３２によって導通／非導通が制御される透明第２電極（画素電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）２３４と、第２の基板２３１の外面に設けられた偏光フィルム２３６とから構成されている。透明第２電極２３４を含む全面には配向膜２３５が形成されている。フロント・パネル２２０とリア・パネル２３０とは、それらの外周部で封止材（図示せず）を介して接合されている。尚、スイッチング素子２３２は、ＴＦＴに限定されず、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴといった３端子素子や、ＭＩＭ素子、バリスタ素子、ダイオード等の２端子素子から構成することもできる。また、図面における参照番号２３７は、スイッチング素子２３２とスイッチング素子２３２との間に設けられた絶縁層である。
尚、これらの透過型のカラー液晶表示装置を構成する各種の部材や、液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができるので、詳細な説明は省略する。
赤色発光の半導体発光素子１Ｒ、緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子１Ｇ及び青色発光のＧａＮ系半導体発光素子１Ｂのそれぞれは、実施例１あるいは実施例２において説明した構造を有し、駆動回路３６に接続されている。そして、実施例１において説明したと同様の方法で駆動される。
尚、面状光源装置を、複数の領域に分割し、各領域を独立して動的に制御することで、カラー液晶表示装置の輝度に関するダイナミックレンジを一層広げることが可能である。即ち、画像表示フレーム毎に面状光源装置を複数の領域に分割し、各領域毎に、画像信号に応じて面状光源装置の明るさを変化させる（例えば、各領域に相当する画像の領域の最大輝度に、面状光源装置の該当する領域の輝度を比例させる）ことで、画像の明るい領域にあっては面状光源装置の該当する領域を明るくし、画像の暗い領域にあっては面状光源装置の該当する領域を暗くすることにより、カラー液晶表示装置のコントラスト比を大幅に向上させることができる。更には、平均消費電力も低減できる。具体的には、例えば、面状光源装置の各領域のそれぞれの輝度制御を駆動電流のパルス幅及び／又はパルス密度の制御にて行えばよい。
実施例７は、実施例６の変形である。実施例６にあっては、面状光源装置を直下型とした。一方、実施例７にあっては、面状光源装置をエッジライト型とする。実施例７のカラー液晶表示装置組立体の概念図を図２５に示す。尚、実施例７におけるカラー液晶表示装置の模式的な一部断面図は、図２４に示した模式的な一部断面図と同様である。
実施例７のカラー液晶表示装置組立体２００Ａは、
（ａ）透明第１電極２２４を備えたフロント・パネル２２０、
（ｂ）透明第２電極２３４を備えたリア・パネル２３０、及び、
（ｃ）フロント・パネル２２０とリア・パネル２３０との間に配された液晶材料２２７、
から成る透過型のカラー液晶表示装置２１０、並びに、
（ｄ）導光板２７０及び光源２６０から成り、カラー液晶表示装置２１０をリア・パネル側から照射する面状光源装置（エッジライト型のバックライト）２５０、
を備えている。ここで、導光板２７０は、リア・パネル２３０に対向（対面）して配置されている。
光源２６０は、例えば、赤色発光のＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子、緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子及び青色発光のＧａＮ系半導体発光素子から構成されている。尚、これらの半導体発光素子は、具体的には図示していない。緑色発光のＧａＮ系半導体発光素子及び青色発光のＧａＮ系半導体発光素子は、実施例１あるいは実施例２において説明したＧａＮ系半導体発光素子と同様とすることができる。また、カラー液晶表示装置２１０を構成するフロント・パネル２２０及びリア・パネル２３０の構成、構造は、図２４を参照して説明した実施例６のフロント・パネル２２０及びリア・パネル２３０と同様の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
例えば、導光板２７０は、第１面（底面）２７１、この第１面２７１と対向した第２面（頂面）２７３、第１側面２７４、第２側面２７５、第１側面２７４と対向した第３側面２７６、及び、第２側面２７４と対向した第４側面を有する。導光板２７０のより具体的な形状は、全体として、楔状の切頭四角錐形状であり、切頭四角錐の２つの対向する側面が第１面２７１及び第２面２７３に相当し、切頭四角錐の底面が第１側面２７４に相当する。そして、第１面２７１の表面部には凹凸部２７２が設けられている。導光板２７０への光入射方向であって第１面２７１と垂直な仮想平面で導光板２７０を切断したときの連続した凸凹部の断面形状は、三角形である。即ち、第１面２７１の表面部に設けられた凹凸部２７２は、プリズム状である。導光板２７０の第２面２７３は、平滑としてもよいし（即ち、鏡面としてもよいし）、拡散効果のあるブラストシボを設けてもよい（即ち、微細な凹凸面とすることもできる）。導光板２７０の第１面２７１に対向して反射部材２８１が配置されている。また、導光板２７０の第２面２７３に対向してカラー液晶表示装置２１０が配置されている。更には、カラー液晶表示装置２１０と導光板２７０の第２面２７３との間には、拡散シート２８２及びプリズムシート２８３が配置されている。光源２６０から射出された光は、導光板２７０の第１側面２７４（例えば、切頭四角錐の底面に相当する面）から導光板２７０に入射し、第１面２７１の凹凸部２７２に衝突して散乱され、第１面２７１から射出し、反射部材２８１にて反射され、第１面２７１に再び入射し、第２面２７３から射出され、拡散シート２８２及びプリズムシート２８３を通過して、カラー液晶表示装置２１０を照射する。
導光板２７０は、光源が射出する光を余り吸収することの無い材料から導光板を作製することが好ましい。具体的には、導光板を構成する材料として、例えば、ガラスや、プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂）を挙げることができる。また、光源から射出された光を直接、導光板に導いてもよいし、間接的に導光板に導いてもよい。後者の場合、例えば、光ファイバーを用いればよい。
上述したとおり、導光板２７０の第１面（底面）２７１には、凸部及び／又は凹部が設けられていることが望ましい。即ち、導光板２７０の第１面２７１には、凸部が設けられ、あるいは又、凹部が設けられ、あるいは又、凹凸部が設けられていることが望ましい。凹凸部が設けられている場合、凹部と凸部とが連続していてもよいし、不連続であってもよい。導光板２７０の第１面２７１に設けられた凸部及び／又は凹部は、導光板２７０への光入射方向と所定の角度を成す方向に沿って延びる連続した凸部及び／又は凹部である構成とすることができる。このような構成にあっては、導光板２７０への光入射方向であって第１面２７１と垂直な仮想平面で導光板を切断したときの連続した凸形状あるいは凹形状の断面形状として、三角形；正方形、長方形、台形を含む任意の四角形；任意の多角形；円形、楕円形、放物線、双曲線、カテナリー等を含む任意の滑らかな曲線を例示することができる。尚、導光板２７０への光入射方向と所定の角度を成す方向とは、導光板２７０への光入射方向を０度としたとき、６０度〜１２０度の方向を意味する。あるいは又、導光板２７０の第１面２７１に設けられた凸部及び／又は凹部は、導光板２７０への光入射方向と所定の角度を成す方向に沿って延びる不連続の凸部及び／又は凹部である構成とすることができる。このような構成にあっては、不連続の凸形状あるいは凹形状の形状として、角錐、円錐、円柱、三角柱や四角柱を含む多角柱、球の一部、回転楕円体の一部、回転放物線体の一部、回転双曲線体の一部といった各種の滑らかな曲面を例示することができる。尚、導光板２７０において、場合によっては、第１面２７１の周縁部には凸部や凹部が形成されていなくともよい。更には、光源から射出され、導光板２７０に入射した光が導光板２７０の第１面２７１に形成された凸部あるいは凹部に衝突して散乱されるが、導光板２７０の第１面２７１に設けられた凸部あるいは凹部の高さや深さ、ピッチ、形状を、一定としてもよいし、光源から離れるに従い変化させてもよい。後者の場合、例えば凸部あるいは凹部のピッチを光源から離れるに従い細かくしてもよい。ここで、凸部のピッチ、あるいは、凹部のピッチとは、導光板２７０への光入射方向に沿った凸部のピッチ、あるいは、凹部のピッチを意味する。
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明したＧａＮ系半導体発光素子、並びに、係るＧａＮ系半導体発光素子が組み込まれた発光装置、画像表示装置、面状光源装置、カラー液晶表示装置組立体の構成、構造は例示であるし、これらを構成する部材、材料等も例示であり、適宜、変更することができる。ＧａＮ系半導体発光素子における積層の順序は、逆であってもよい。直視型の画像表示装置にあっては、人の網膜に画像を投影する形式の画像表示装置とすることもできる。
本発明において、超格子構造層あるいは超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層において高い正孔濃度を実現する構造は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層の周期的な積層構造に限定されるものではなく、組成の異なるＡｌＧａＮ層の周期的な積層構造、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の周期的な積層構造、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の周期的な積層構造とすることもできるし、これらの層を４元混晶としてもよいし、これらの層には少量の不純物が含まれていてもよい。
フリップチップ構造を有するＬＥＤから成るＧａＮ系半導体発光素子１の模式的な断面図を図２６に示す。但し、図２６においては、各構成要素に斜線を付すことを省略した。ＧａＮ系半導体発光素子１の層構成は、実施例１あるいは実施例２にて説明したＧａＮ系半導体発光素子１の層構成と同じとすることができる。各層の側面等はパッシベーション膜３０５で覆われ、露出した第１ＧａＮ系化合物半導体層１３の部分の上にはｎ型電極２０Ａが形成され、Ｍｇドープの第２ＧａＮ系化合物半導体層１８上には、光反射層としても機能するｐ型電極２０Ｂが形成されている。そして、ＧａＮ系半導体発光素子１の下部は、ＳｉＯ2層３０４、アルミニウム層３０３によって囲まれている。更には、ｐ型電極２０Ｂ及びアルミニウム層３０３は、半田層３０１，３０２によってサブマウント３１に固定されている。ここで、活性層１５から光反射層としても機能するｐ型電極２０Ｂまでの距離をＬ、活性層１５とｐ型電極２０Ｂとの間に存在する化合物半導体層の屈折率をｎ0、発光波長をλとしたとき、
０．５（λ／ｎ0）≦Ｌ≦（λ／ｎ0）
を満足することが好ましい。
また、ＧａＮ系半導体発光素子によって半導体レーザを構成することができる。このような半導体レーザの層構成として、ＧａＮ基板上に以下の層が順次形成された構成を例示することができる。尚、発光波長は約４５０ｎｍである。
（１）バルクのＧａＮ基板
（２）厚さ３μｍ、ＳｉドープのＧａＮ層（ドーピング濃度は５×１０18／ｃｍ3）
（３）合計厚さ１μｍの超格子構造を有し、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層（第１クラッド層）［厚さ２．４ｎｍ、ＳｉドープのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層と厚さ１．６ｎｍ、ＳｉドープのＧａＮ層とを１組としたとき、２５０組が積層された構造であり、ドーピング濃度は５×１０18／ｃｍ3］
（４）厚さ１５０ｎｍであり、Ｓｉドープ（Ｓｉドーピング濃度：５×１０18／ｃｍ3）のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎから成る下地層（光ガイド層としても機能する）
（５）厚さ５ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層から成る下層スペーサ層
（６）多重量子井戸構造から成る活性層（Ｉｎ0.17Ｇａ0.83Ｎから成る厚さ３ｎｍの井戸層と、ＧａＮから成る厚さ５ｎｍの障壁層とが交互に積層された構造を有し、井戸層は３層、障壁層は２層である）
（７）厚さ１０ｎｍのアンドープＧａＮ層から成る上層スペーサ層
（８）合計厚さ２０ｎｍの超格子構造層（厚さ２．４ｎｍ、ＭｇドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と厚さ１．６ｎｍ、ＭｇドープのＧａＮ層とを１組としたとき、５組が積層された構造であり、ドーピング濃度は５×１０19／ｃｍ3）
（９）厚さ１２０ｎｍであり、Ｍｇドープ（Ｍｇドーピング濃度：１×１０19／ｃｍ3）のＧａＮ層（光ガイド層として機能する）
（１０）合計厚さ５００ｎｍの超格子構造を有し、ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層（第２クラッド層）［厚さ２．４ｎｍ、ＭｇドープのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層と厚さ１．６ｎｍ、ＭｇドープのＧａＮ層とを１組としたとき、１２５組が積層された構造であり、ドーピング濃度は５×１０19／ｃｍ3）
（１１）厚さ２０ｎｍ、ＭｇドープのＧａＮ層（ドーピング濃度は１×１０20／ｃｍ3）、及び、
（１２）厚さ５ｎｍ、ＭｇドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎから成るコンタクト層（ドーピング濃度は１×１０20／ｃｍ3）
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子の温度特性（温度−発光波長の関係）を予め求めておき、面状光源装置あるいはカラー液晶表示装置組立体におけるＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子の温度をモニターすることによって、電源投入直後から安定したＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子やＧａＮ系半導体発光素子の動作を実現することが可能となる。
駆動回路として、その他、特開２００３−２２０５２に開示された駆動回路を用いることもできる。この駆動回路は、複数のＧａＮ系半導体発光素子間の発光波長のばらつきをＧａＮ系半導体発光素子に供給する電流を制御することで補正する発光波長補正手段と、ＧａＮ系半導体発光素子間の輝度のばらつきを補正する発光輝度補正手段を有する。ここで、発光波長補正手段は駆動されるＧａＮ系半導体発光素子毎に設けられたカレントミラー回路を有し、このカレントミラー回路によってＧａＮ系半導体発光素子を流れる電流を調整する構成とすることができる。尚、カレントミラー回路の参照側を流れる電流は、並列接続された複数の能動素子を流れる電流の制御によって制御される。また、発光輝度補正手段は駆動されるＧａＮ系半導体発光素子に電流を供給する定電流回路を有し、この定電流回路のスイッチング素子のオンオフを制御する構成とすることができる。
図１は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子における層構成を概念的に示す図である。 図２は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子の模式的な断面図である。 図３は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子、参考品−１及び参考品−２における動作電流密度と発光効率との関係を示すグラフである。 図４は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子において、下地層の厚さと動作電圧の関係を調べた結果を示すグラフである。 図５は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子において、下層スペーサ層の厚さと動作電圧の関係を調べた結果を示すグラフである。 図６は、実施例１のＧａＮ系半導体発光素子において、超格子構造層を構成するＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成割合を変化させて、光出力を測定した結果を示すグラフである。 図７の（Ａ）は、ｐ型ドーパントを活性化するためのアニール処理温度と動作電圧の関係を示すグラフであり、図７の（Ｂ）は、ｐ型ドーパントを活性化するためのアニール処理温度と光出力の関係を示すグラフである。 図８は、実施例２のＧａＮ系半導体発光素子における層構成を概念的に示す図である。 図９は、ＧａＮ系半導体発光素子の評価のために、ＧａＮ系半導体発光素子に駆動電流を供給している状態を示す概念図である。 図１０の（Ａ）は、ＧａＮ系半導体発光素子を上から眺めた模式図であり、図１０の（Ｂ）は、図１０の（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂに沿った模式的な断面図（但し、斜線は省略）である。 図１１は、直列に接続された２つのＧａＮ系半導体発光素子を上から眺めた模式図である。 図１２の（Ａ）は、実施例４におけるパッシブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置（第１Ａの態様に係る画像表示装置）の回路図であり、図１２の（Ｂ）は、ＧａＮ系半導体発光素子が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネルの模式的な断面図である。 図１３は、実施例４におけるアクティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置（第１Ａの態様に係る画像表示装置）の回路図である。 図１４は、ＧａＮ系半導体発光素子が２次元マトリクス状に配列された発光素子パネルを備えたプロジェクション型の画像表示装置（第１Ｂの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図１５は、赤色発光素子パネル、緑色発光素子パネル及び青色発光素子パネルを備えたプロジェクション型、カラー表示の画像表示装置（第１Ｃの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図１６は、ＧａＮ系半導体発光素子、及び、光通過制御装置を備えたプロジェクション型画像表示装置（第１Ｄの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図１７は、ＧａＮ系半導体発光素子、及び、光通過制御装置を３組備えたカラー表示のプロジェクション型画像表示装置（第１Ｄの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図１８は、発光素子パネル、及び、光通過制御装置を備えたプロジェクション型画像表示装置（第１Ｅの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図１９は、ＧａＮ系半導体発光素子及び光通過制御装置を３組備えたカラー表示のプロジェクション型画像表示装置（第１Ｆの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図２０は、ＧａＮ系半導体発光素子を３組、及び、光通過制御装置を備えたカラー表示のプロジェクション型画像表示装置（第１Ｇの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図２１は、発光素子パネルを３組、及び、光通過制御装置を備えたカラー表示のプロジェクション型画像表示装置（第１Ｈの態様に係る画像表示装置）の概念図である。 図２２は、実施例５におけるアクティブマトリックスタイプの直視型のカラー表示の画像表示装置（第２Ａの態様に係る画像表示装置）の回路図である。 図２３の（Ａ）は、実施例６の面状光源装置における発光素子の配置、配列状態を模式的に示す図であり、図２３の（Ｂ）は、面状光源装置及びカラー液晶表示装置組立体の模式的な一部断面図である。 図２４は、カラー液晶表示装置の模式的な一部断面図である。 図２５は、実施例７のカラー液晶表示装置組立体の概念図である。 図２６は、フリップチップ構造を有するＬＥＤから成るＧａＮ系半導体発光素子の模式的な断面図である。 図２７は、参考品−１のＧａＮ系半導体発光素子における層構成を概念的に示す図である。 図２８は、参考品−２のＧａＮ系半導体発光素子における層構成を概念的に示す図である。 図２９の（Ａ）は、参考品−１及び参考品−２の、動作電流密度と発光効率との関係を示すグラフであり、図２９の（Ｂ）は、動作電流密度と動作電圧との関係を示すグラフである。
符号の説明
１，１Ａ，１０１・・・ＧａＮ系半導体発光素子、ＵＮ・・・発光素子ユニット、１０・・・基板、１１・・・バッファ層、１２・・・アンドープのＧａＮ層、１３・・・ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、１４・・・下層スペーサ層（アンドープＧａＮ層）、１５・・・活性層、１６・・・上層スペーサ層（アンドープＧａＮ層）、１７・・・Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層、１８・・・ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、１８Ａ・・・超格子構造を有するｐ型の導電型の第２ＧａＮ系化合物半導体層、１９・・・コンタクト層、２０Ａ・・・ｎ型電極、２０Ｂ・・・ｐ型電極、２１・・・下地層、２２・・・超格子構造層、３１・・・サブマウント、３２・・・プラスチックレンズ、３３Ａ・・・金線、３３Ｂ・・・外部電極、３４・・・リフレクターカップ、３５・・・ヒートシンク、３６・・・駆動回路、３７・・・制御部、３８・・・駆動電流源、３９・・・パルス生成回路、４０・・・ドライバ、５１，５３・・・コラム・ドライバ、５２，５４・・・ロウ・ドライバ、５５・・・ドライバ、６０・・・発光素子パネル、６１・・・支持体、６２・・・Ｘ方向配線、６３・・・Ｙ方向配線、６４・・・透明基材、６５・・・マイクロレンズ、６６・・・投影レンズ、６７・・・ダイクロイック・プリズム、６８・・・液晶表示装置、６９・・・光案内部材、１０２・・・ヒートシンク、２００，２００Ａ・・・カラー液晶表示装置組立体、２１０・・・カラー液晶表示装置、２２０・・・フロント・パネル、２２１・・・第１の基板、２２２・・・カラーフィルター、２２３・・・オーバーコート層、２２４・・・透明第１電極、２２５・・・配向膜、２２６・・・偏光フィルム、２２７・・・液晶材料、２３０・・・リア・パネル、２３１・・・第２の基板、２３２・・・スイッチング素子、２３４・・・透明第２電極、２３５・・・配向膜、２３６・・・偏光フィルム、２４０・・・面状光源装置、２４１・・・筐体、２４２Ａ・・・筐体の底面、２４２Ｂ・・・筐体の側面、２４３・・・外側フレーム、２４４・・・内側フレーム、２４５Ａ，２４５Ｂ・・・スペーサ、２４６・・・ガイド部材、２４７・・・ブラケット部材、２５１・・・拡散板、２５２・・・拡散シート、２５３・・・プリズムシート、２５４・・・偏光変換シート、２５５・・・反射シート、２５０・・・面状光源装置、２６０・・・光源、２７０・・・導光板、２７１・・・導光板の第１面、２７２・・・第１面における凹凸部、２７３・・・導光板の第２面、２７４・・・導光板の第１側面、２７５・・・導光板の第２側面、２７６・・・導光板の第３側面、２８１・・・反射部材、２８２・・・拡散シート、２８３・・・プリズムシート、３０１，３０２・・・半田層、３０３・・・アルミニウム層、３０４・・・ＳｉＯ2層、３０４・・・パッシベーション膜

Claims (20)

  1. （Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、
    （Ｂ）活性層、及び、
    （Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
    を備え、更に、
    （Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層と活性層との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層、及び、
    （Ｅ）活性層と第２ＧａＮ系化合物半導体層との間に形成され、ＧａＮ系化合物半導体から成り、ｐ型ドーパントを含有する超格子構造層、
    を備えていることを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
  2. 活性層と超格子構造層との間には、アンドープＧａＮ系化合物半導体から成る上層スペーサ層が形成されており、
    該上層スペーサ層の厚さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  3. 超格子構造層の総厚は５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  4. 超格子構造層における超格子構造の周期は、２原子層以上、２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  5. 超格子構造層が含有するｐ型ドーパントの濃度は、１×１０18／ｃｍ3乃至４×１０20／ｃｍ3であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  6. （Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、
    （Ｂ）活性層、及び、
    （Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層、
    を備え、更に、
    （Ｄ）第１ＧａＮ系化合物半導体層と活性層との間に形成されたＧａＮ系化合物半導体から成る下地層、
    を備えており、
    第２ＧａＮ系化合物半導体層は超格子構造を有することを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子。
  7. 活性層と第２ＧａＮ系化合物半導体層との間には、アンドープＧａＮ系化合物半導体から成る上層スペーサ層が形成されており、
    該上層スペーサ層の厚さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  8. 第２ＧａＮ系化合物半導体層の総厚は５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  9. 第２ＧａＮ系化合物半導体層における超格子構造の周期は、２原子層以上、２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  10. 第２ＧａＮ系化合物半導体層が含有するｐ型ドーパントの濃度は、１×１０18／ｃｍ3乃至４×１０20／ｃｍ3であることを特徴とする請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  11. 活性層と下地層との間には、アンドープＧａＮ系化合物半導体から成る下層スペーサ層が形成されており、
    該下層スペーサ層の厚さは５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  12. 下地層の厚さは２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  13. 下地層及び活性層はＩｎを含有し、
    下地層におけるＩｎ組成割合は０．００５以上であり、且つ、活性層におけるＩｎ組成割合よりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  14. 下地層はｎ型ドーパントを含有し、ｎ型ドーパントの濃度は、１×１０16／ｃｍ3乃至１×１０21／ｃｍ3であることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  15. 発光波長をλとしたとき、４３０ｎｍ≦λ≦４８０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  16. 発光波長をλとしたとき、５００ｎｍ≦λ≦５５０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  17. 動作電流密度を５０Ａ／ｃｍ2以上とすることを特徴とする請求項１又は請求項６に記載のＧａＮ系半導体発光素子。
  18. 基板上に、少なくとも、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、下地層、活性層、ｐ型ドーパントを含有する超格子構造層、及び、ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を、順次、結晶成長させた後、４５０゜Ｃ以上７００゜Ｃ以下の実質的に水素を含まない雰囲気中でアニール処理を行うことを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  19. 基板上に、少なくとも、ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層、下地層、活性層、及び、ｐ型の導電型を有し、超格子構造を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層を、順次、結晶成長させた後、４５０゜Ｃ以上７００゜Ｃ以下の実質的に水素を含まない雰囲気中でアニール処理を行うことを特徴とするＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
  20. アニール処理の雰囲気を酸素ガスを含む雰囲気とすることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載のＧａＮ系半導体発光素子の製造方法。
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